Кристаллическая решетка алмаза и другие характеристики

Алмаз — минерал, который является не чем иным, как модификацией углерода. Чистый алмаз имеет формулу, состоящую всего из одного элемента. Камень обладает уникальными свойствами в природе, поэтому кристаллическая решетка алмаза заинтересовала ученых, и структура вещества продолжает изучаться.

Идеальный алмаз можно представить как гигантскую молекулу углерода. Состав минерала ученые изучили только в конце XVIII века. С того момента начались попытки искусственного синтеза алмаза в лабораториях, но они были бессмысленными, поскольку отстроить кристаллическую решетку с нуля не получалось.

кристаллическая решетка алмаза

Структура алмаза

А еще техника не была на таком уровне, чтоб создать условия для образования алмаза. Только в пятидесятых годах ХХ века ученые смогли синтезировать алмаз самостоятельно. Этим занимались такие страны, как СССР, США и ЮАР.

Строение вещества

Вся загвоздка и сложность производства заключалась в уникальной структуре алмаза. Между атомами в химии может сформироваться четыре типа связи:

  • ковалентная;
  • ионная;
  • металлическая;
  • водородная.

Самая прочная из них — ковалентная связь. Она также имеет свои подвиды: сигма-связи и пи-связи. Второй подвид менее прочный. В алмазе есть несколько миллионов атомов углерода, которые соединены между собой с помощью ковалентных связей.

Пространственное расположение атомов и их соединения называются кристаллической решеткой. Именно ее строение и обусловливает такую характеристику, как твердость вещества. Элементарная ячейка структуры алмаза выглядит как куб. То есть алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, если пользоваться научной терминологией.

На вершинах этого куба находится по атому углерода. По одному атому располагается в каждой грани, а еще четыре — внутри куба. Центральные атомы в гранях являются общими для двух ячеек, а те, что находятся в вершинах куба, — общие для восьми ячеек. Между собой атомы соединены ковалентными сигма-связями.

Такая структура и упаковка считается наиболее плотной. Каждый атом углерода располагается в центре тетраэдра и связан по всем сторонам. Поскольку валентность углерода равняется четырем, то все связи оказываются перекрытыми, и взаимодействие с веществом со стороны невозможно.

Расстояние между атомами одинаковое, свободных электронов нет, поэтому минерал является хорошим диэлектриком. Твердость алмаза достигается именно благодаря такому строению. Эти характеристики, в свою очередь, и стали причиной широкого использования камней. Они применяются не только в ювелирном деле, но и в качестве абразива, а также покрытия для инструментов.

Но не все в природе идеально. Даже в алмазах часто встречаются примеси. Такая структура позволяет минералу выглядеть абсолютно прозрачным, без включений. Но добываемые камни не всегда обладают ювелирными свойствами из-за большого количества дефектов и примесей.

Кристалл алмаза может содержать такие вещества:

  • алюминий;
  • кальций;
  • магний;
  • гранит.

Иногда в составе встречается вода, углекислота или другие газы. Примеси в кристалле располагаются неравномерно и несколько нарушают кристаллическую структуру. Если дефекты располагаются на периферии, что происходит чаще, тогда с ними можно бороться с помощью огранки.

Аллотропные модификации

Не только алмаз имеет подобный тип строения кристаллической решетки. Другие элементы из четвертой группы также имеют похожую структуру. Но все дело в атомной массе. Атомы углерода располагаются на близком расстоянии друг от друга, что делает связи прочнее. А вот с увеличением атомной массы элементы располагаются дальше и прочность соединений между ними падает.

А также у углерода есть в природе аллотропные модификации, куда, кроме алмаза, входят и другие вещества:

  • графит;
  • лонсдейлит;
  • сажа, уголь;
  • фуллерены;
  • углеродные нанотрубки.

Ученых интересовала возможность превращения графита в алмаз. Сделать это можно только под действиями очень высокого давления и температуры.

Все дело в том, что графит отличается по пространственному расположению атомов и связям между ними. Если у алмаза все связи ковалентные-сигма, то пространственные связи графита — пи-соединения. А также в решетке графита остается несколько свободных электронов у атомов, которые перемещаясь, создают эффект электропроводности. Такая форма решетки называется гексагональной. Поэтому графит по шкале твердости имеет показатель единицу.

Лонсдейлиты еще не изучены окончательно, поскольку их добывают либо искусственно, либо из метеоритов, упавших на землю.

А вот фуллерены имеют кристаллическую решетку, напоминающую мяч, сложенный из восьмиугольников. По углам фигур расположены не атомы, а молекулы углерода. Эти вещества также продолжают исследовать.

Химический состав алмаза записывается формулой или элементом С.

Кроме показателя твердости — 10 из 10 по шкале Мооса — алмаз обладает такими характеристиками:

  • Плотность — 3,5 г/см3.
  • Камень довольно хрупкий. Несмотря на твердость, алмаз можно разрушить резким ударом.
  • Спайность. Плотность у вещества неравномерная. Камень раскалывается по параллельным граням кристалла. Спайность должна учитываться при огранке камня, поскольку расчет ювелира и последующий удар определяет плоскость скола и отсекает ненужные примеси.
  • Камень должен быть прозрачным. Тогда после огранки он будет играть на свету. Самые дорогие экземпляры называют алмазами чистой воды. Но все равно встречается до 5 % примесей в структуре, что искажает кристаллическую решетку, а иногда и портит вид камня.
  • Если воздействовать на камень рентгеновскими лучами, то прочность ковалентных связей нарушится. В результате решетка станет рыхлой и твердость вещества также снизится. Но после этой процедуры появится интересное свойство: камень будет излучать свет в синей и зеленой части спектра.

В природе добытый минерал имеет форму кристалла с разным количеством граней. Иногда добывают не полные камни, а только сколы от больших алмазов. Определить скол это или полноценный минерал можно, изучив строение кристаллической решётки. Грани минералов часто покрыты наростами и углублениями.

Цвет алмаза также отличается разнообразием. Встречаются желтые, красноватые или даже черные оттенки алмазов. Конечно, кристаллическая решетка у камней изменена. Но свойства от этого страдают не сильно. Такие минералы называют фантазийными. Их окраска может быть неравномерной и зависеть от примесей в структуре.

Идеальное строение существует только у искусственных алмазов. Производство этих камней требует затравки в виде натурального кристалла, а также большого количества денежных вложений и аппаратуры. Но именно изучение кристаллической решетки и повлияло на развитие этой отрасли.

тип, строение, сходство с графитом

На чтение 7 мин. Просмотров 546 Опубликовано

Алмаз — это минерал, который является кристаллической модификацией чистого углерода (С). Алмаз обладает самой большой из всех известных в природе материалов твёрдостью, благодаря которой он применяется во многих важных отраслях промышленности.

Алмаз

Известны три кристаллические модификации углерода: кубическая (сам алмаз) и две гексагональные — графит и лонсдейлит. Последняя найдена в метеоритах и получена искусственно.

Кристаллическая решетка алмаза

Кристаллическая решетка алмаза

Элементарная ячейка структуры алмаза имеет форму куба. Если говорить более научным языком, то алмаз кристаллизуется в кубической системе (так называемой «сингонии»).

В каждой вершине этого куба расположено по атому. По одному атому находится в центре каждой грани, четыре — внутри куба. Каждый из атомов, расположенных в центрах граней, является общим для двух ячеек, а каждый из атомов, находящихся в вершинах куба,— общим для восьми ячеек. Кубическая система — самая плотная упаковка атомов.

Попробуем выразить ту же мысль еще одним способом. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Каждый из атомов связан со своими четырьмя ближайшими соседями, симметрично расположенными по его вершинам (тетраэдра), наиболее «прочной» химической связью — ковалентной.

Различают несколько типов химической связи: ионная, ковалентная, металлическая, водородная.

Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу.

В результате получается очень плотное расположение атомов, прочные связи между которыми в структуре алмаза обусловливают его исключительную твердость  и другие характерные свойства.

Аллотропные модификации камня

Аллотропные модификации камня

Если химический состав алмаза — углерод в чистом виде, то стоит выяснить, что это за элемент, а также разобраться в его модификациях и физических формах. Согласно мнению ученых, это вещество изначально входило в газовое облако, из которого постепенно образовывались планеты. Так или иначе, в составе каждой из планет Солнечной системы присутствует углерод в каком-то агрегатном состоянии.

Если говорить о земной коре, то она на 0,14% состоит из этого неметаллического элемента. А также по одной из теорий происхождения человека считается, что углерод — один из четырех макроэлементов, являющихся «стройматериалом» тела.

Наиболее известные модификации одного углерода называют так:

  • алмаз — наиболее дорогая форма;
  • графит — известное вещество, которое используется в промышленности;
  • карбин;
  • лонсдейлит — содержится в метеоритах;
  • фуллерены — наиболее молодые формы, которые были открыты;
  • углеродные нанотрубки — применяются в каркасах к наноизделиям;
  • графен;
  • уголь — вещество, которое используется в качестве промышленного сырья для получения тепла;
  • сажа.

Казалось бы, что общего может быть у кристально чистого алмаза с графитом или углем? А вот состав этих веществ говорит об обратном и наглядно демонстрирует важность расположения атомов в кристаллической решетке. Притом, что кроме углерода, в веществах ничего нет.

Вполне реально, что кроме этих элементов, существуют другие не открытые формы. А их исследование во многом зависит от алмазов, поскольку во время работы с этим драгоценным камнем ученые пытаются расшифровать его структуру, чтоб производить искусственно, и, вместе с тем, находят новые модификации элемента.

Исходя из структуры алмаза, можно сделать вывод, что камень абсолютно прозрачен и пропускает весь видимый спектр через себя. Но ничего идеального в природе не существует. Поэтому даже у такого кристалла могут быть примеси в решетке.

Если рассматривать наиболее чистые экземпляры камня, то там содержится до 1018 атомов на 1 кубический сантиметр. И это нормальное явление, поскольку количество примесей зависит от процессов, в которых рос камень. И не факт, что посторонние вещества будут видны невооруженным глазом.

Среди примесей встречаются такие элементы, как:

  • азот;
  • кремний;
  • кальций;
  • магний;
  • бор;
  • алюминий.

Конечно, если их много, то от этого страдает чистота камня и, соответственно, падает стоимость. Или же такие алмазы направляют для использования в промышленность. При этом в алмазах встречаются не только твердые, но и жидкие и даже газообразные формы включений.

Они могут располагаться неравномерно, а также скапливаться в центре либо на периферии камня. Все они влияют на свойства камня, на его оттенок и способность преломлять свет. Например, азот влияет на люминисцентность алмаза.

По спектрам поглощения в ИК- и УФ-диапазонах выделяют три типа алмазов:

  • Первый тип. В них азот содержится либо в виде пар атомов и плоских встроек, либо в виде одиночных атомов, которые равномерно распределены по объему камня.
  • Второй тип. В них азот, как правило, отсутствует. В подтипе IIа нет примесей, а в подтипе IIб присутствуют атомы бора.
  • Третий тип может включать в себя примеси кремния.

Синтетические алмазы

Синтетические алмазы

Открытие аллотропных модификаций дало ученым надежду на синтетическое произведение алмазов. И у них отчасти это получилось, хотя сам процесс нельзя назвать легким. С химической точки зрения, тот же графит, например, должен получить сигма-связи.

Такие условия воссоздать можно только в самых мощных лабораториях под действием больших температур и давления.

  • HPHT — тип алмаза получается из растворения графита и оседания его в катализаторе на затравочном минерале. После этого вещество начинает выстраивать необходимые связи.
  • CVD тип — основывается на пленочном осаждении графита с использованием паров метана.
  • Метод взрывного синтеза — наиболее естественный, с использованием углерода под высоким давлением.

Пока даже эти методы осуществляются с трудом, поэтому стоимость алмазов остается высокой. Но технологии продолжают развиваться в этом направлении.

Свойства алмазов

Благодаря своему составу и строению, алмаз получил такие свойства, как:

  • Стойкость к воздействию химических веществ, кислот, щелочей.
  • Наивысшая твердость вещества (абсолютный показатель, который равняется 10 по шкале Мооса), но при этом хрупкость камня.
  • При нагреве без доступа кислорода взрывается и превращается в графит, а дальнейшее плавление алмаза аномально. С кислородом температура плавления находится на уровне 4 тысяч градусов по Цельсию.
  • 20-24 Вт/см — это показатель теплопроводности. Настоящий алмаз не нагреется, даже если его долго держать в руке.
  • Алмаз отлично подходит в роли изолятора.
  • Камень обладает уникальным свойством преломлять лучи и при этом светиться.

Если говорить об отличиях алмаза и графита, самого доступного для нас вещества, то стоит сказать, что свойства разнятся из-за строения кристаллической решетки. О строении алмаза уже известно, а вот у графита ситуация обстоит по-другому.

Его кристаллическая решетка имеет два типа связи: ковалентная сигма-связь находится только в одной плоскости, а в других плоскостях связь между атомами не такая устойчивая — ковалентная пи-связь.

Такое строение позволяет электронам графита перемещаться на другие уровни, а также этот эффект объясняет наличие металлических свойств графита. Решетка алмаза и графита обусловила свойства и применение каждого вещества.

В природе алмаз встречается в кимберлитовых и лампроитовых трубках. Считается, что камень сформировался под действием магмы, также есть версия о космическом происхождении алмаза. Сейчас основная добыча камня ведется в ЮАР, а также в Бразилии, Австралии и России, в частности, в Якутии.

Если позволяют внешние и химические свойства, то камень отправляется к ювелирам. В остальных случаях его используют в промышленности. В производстве используют такие типы, как: борт, баллас и карбонадо. Широко используются в качестве абразивов.

Камень замечательно нашел свои сферы применения. А вот его свойства, происхождение и строение решетки продолжает активно изучаться. Но пока ученые не смогли до конца понять все тонкости этого минерала.

Источники:

Структура кристалла алмаза и его кристаллическая решетка

https://okaratah.com/dragocennye/almaz/kristallicheskaya-reshetka-almaza.html

Кристалл алмаза — кристаллическая решетка алмаза

Juvelirum
Портал об украшениях и ювелирных секретах [email protected]

  • Самое интересное
    • Мода, тренды, имена
    • В помощь покупателям
    • Юлия Иртюга: открываю мир камней
    • Стили и техники
    • Современное искусство и дизайн
    • Личный стиль
    • Личный опыт
    • Явления
    • Драгоценности
    • Ювелирный бизнес
    • «Неювелирная ювелирка» (Contemporary Jewellery blog)
    • Слово главного редактора
  • Новости
    • Международные новости
    • Новости брендов
    • Новости по темам
      • Законы и правила
      • Ювелирный бизнес
      • Конкурсы, выставки, события
      • Ломбарды
      • Образование
  • События и выставки
    • Календари ювелирных выставок
    • Календари лекций, курсов и конкурсов
    • Анонсы ювелирных выставок и событий
    • Репортажи о ювелирных событиях
  • Быть в теме
  • Где купить?
  • О нас
Типы кристаллических решёток — урок. Химия, 8–9 класс.

Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц.

 

Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой.

 

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки. В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы, ионы или молекулы.

 

В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную, металлическую, атомную и молекулярную.

Ионными называют решётки, в узлах которых находятся ионы.

Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием.

 

Ионные кристаллические решётки имеют соли, щёлочи, оксиды активных металлов.

 

Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия Na+ и хлора Cl−, а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия  K+ и сложные сульфат-ионы SO42−.

 

Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие. Такие вещества хорошо растворяются в воде.

  

 7257_001.gif

Кристаллическая решётка хлорида натрия

  

Кристалл хлорида натрия

Металлическими называют решётки, которые состоят из положительных ионов и атомов металла и свободных электронов.

Их образуют вещества с металлической связью. В узлах металлической решётки находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).

 

Такие кристаллические решётки характерны для простых веществ металлов и сплавов.

 

Температуры плавления металлов могут быть разными (от \(–37\) °С у ртути до двух-трёх тысяч градусов). Но все металлы имеют характерный металлический блеск, ковкость, пластичность, хорошо проводят электрический ток и тепло.

 

Металлическая кристаллическая решётка

  

i.jpg

Металлические изделия

Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.

Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) SiO2.

  

Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.

  

У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма — \(1728\) °С, а у графита она выше — \(4000\) °С. 

 

Атомные кристаллы практически нерастворимы.

 

rabota-uchienitsy-9-klassa-polimorfnyie-prievrashchieniia-siery-olova-i-zhielieza_2.png

Кристаллическая решётка алмаза

  

banner_32.jpg

Алмаз

Молекулярными  называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.

Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.

 

Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.

 

Такие вещества летучи. Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода(\(IV\)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.

 

Некоторые молекулярные вещества имеют запах.

 

Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами  (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами (h3,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).

  

Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства неметаллов. Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза).

 

488482_sio2-kristallicheskaya-reshetka.jpg

Кристаллическая решётка углекислого газа

 

buz-0pykeynu.jpg

«Сухой лёд»

 

Кристаллики иода

 

Если известно строение вещества, то можно предсказать его свойства.

Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия, фтороводорода и фтора.

  

У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки. Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные. Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.

 

Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления NaF, HF и F2 составляют соответственно \(995\) °С, \(–83\) °С,  \(–220\) °С.

Источники:

Габриелян О. С. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2013. — 133 с.  

 

Как различаются типы кристаллической решетки? Какие способы определения?

Существует 4 типа кристаллических решеток: ионные, молекулярные, атомные и металлические.

В узлах ионных кристаллических решеток находятся ионы, как можно понять из названия. Такой тип решетки характерен для солей, оксидов и некоторых гидроксидов. Например, самый яркий представитель — NaCl. Вещества подобного строения характеризуются высокой твердостью, тугоплавкостью и нелетучестью.

В молекулярных кристаллических решетках в узлах находятся молекулы. Такие решетки могут быть полярные и неполярные. Например, I2 или N2 — неполярные, а HCl или h3O — полярные. Характерны для жидких и газообразных веществ (при н.у.). Так как молекулярные взаимодействия слабые, то и кристаллические решетки эти будут нетвердые, летучие и с низкой температурой плавления. К таким решеткам относят твердую органику (сахар, глюкоза, нафталин).

В атомных кристаллических решетках в узлах находятся атомы, связанные друг с другом прочными ковалентными связями. Такая решетка характерна простым веществам неметаллам, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии, например алмаз. Температура плавления у подобных веществ очень высокая, они прочные, твердые и нерастворимы в воде.

Металлические решетки характеризуются тем, что в узлах находятся атомы или ионы одного или нескольких металлов (у сплавов). Для металлических решеток характерно наличие так называемого общего электронного облака. Так как непрерывно происходит процесс перехода валентных электронов одного атома к другому с образованием иона, то можно говорить о том, что электроны свободно двигаются в объеме всего металла. Этим свойством объясняется электро- и теплопроводность металлов. Вещества такого строения ковки и пластичны.

Вообще в материаловедении для изучения кристаллических структур существует множество методов, основанных на свойствах рентгеновского излучения (дифракция, интерференция), электронографический анализ и другие. Но если вы хотите просто определить тип решетки вещества известного состава, нужно понять к какому классу веществ оно относится и какие физико-химические свойства имеет.

тип, строение, сходство с графитом

Разные образования

Узнав физические свойства алмаза и графита, ученые отметили, что это разные формы углерода. Первый – это драгоценный минерал, один из самых твердых в мире. По принятой у геммологов шкале Мооса алмаз имеет наибольший балл твердости – 10. Графит по этой системе не дотягивает даже до 2. Блестящая драгоценность и грифель простого карандаша состоят из углерода. Различие этих минералов определяет тип кристаллической решетки. Но свойства их сильно отличаются друг от друга. Об этом читайте ниже.

Что такое алмаз и графит

Алмаз – самый твердый минерал. Внешне это прозрачный камень, у которого четко видна кристаллическая форма. Диаманты бесцветные, но встречаются разные оттенки, среди которых даже черный. Цвет зависит от природных условий, в которых формировался камень, а также от различных примесей в его структуре.

Разница со всех сторон

Графит – хрупкое, жирное на ощупь вещество, имеющее металлический блеск, состоящее из молекул углерода, расположенных слоями и образующих мелкие тонкие пластинки. При его нажатии на листке остается след.

Состав минералов

Первое, с чего начнем рассмотрение характеристики алмаза и графита, это состав минералов. Оба – из углерода, шестого элемента периодической системы.

Поскольку алмаз и графит состоят из частиц углерода, тип вещества у них – индивидуальный, а качественный состав образован соединениями атомов углерода. Формула алмаза и графита в химии проста – С, углерод. Этот химический элемент не имеет запаха, поэтому ни алмаз, ни графит ничем не пахнут.

Состоит из частиц углерода

Хотя химическая формула алмаза имеет схожесть с формулой графита, у структур, в которые соединяются атомы углерода, образуя кристаллическую решетку, есть разница.

Когда у минералов кристаллические решетки имеют отличие, но для них характерен идентичный химический состав, их называют полиморфами. Рассматриваемые минералы – разные виды полиморфных модификаций углерода.

Как и где находят углеродные минералы

Сходство элементарного химического состава не обуславливает схожие свойства веществ. Различия объясняются сложностями происхождения двух разных углеродных пород. Алмазы образуются под действием сильного давления после сверхбыстрого охлаждения. А если атмосферное давление занижено, то при довольно высокой температуре образуется графит.

Кимберлитовые трубки

Подтверждением того, что алмаз и графит образовались не одинаково, служит их нахождение в природе. Около 80% всех бриллиантов добывают в кимберлитовых трубках – глубоких воронках, образованных магмой, вышедшей после взрыва и выхода наружу подземного газа.

Графитовых же месторождений много в осадочных породах и пластах, образованных магмой.

Химическая связь в углеродных минералах

Частицы, из которых состоят твердые вещества, соединены в кристаллические решетки. Науке известны 4 вида таких решеток – ионная, молекулярная, атомная и металлическая.

Внешне драгоценный кристалл схож с кристаллами соли, но у солей ионная кристаллическая решетка.

Кристаллическая решетка алмаза

Тип кристаллической решетки алмаза, как и его полиморфа графита, атомная. В ее узлах лежат атомы углерода. Агрегатное состояние – твердое тело. Но все же по твердости углеродные полиморфы различны.

Свойство алмаза быть таким прочным обусловлено силой химической связи атомов. Структура диаманта трехмерная, атомы углерода в нем расположены в форме трехгранной пирамиды, тетраэдра. Каждая атомарная частица одинаково крепко соединяется со всеми четырьмя соседними, это осуществлено посредством ковалентной связи.

Атомарно графит – это множество слоев шестиугольных фигур, в каждой вершине которых расположен атом углерода. Его слоистая структура двухмерна. Связь в слоях ковалентная сильная, а между слоями гораздо слабее, как у веществ с молекулярной кристаллической решеткой. Пласты связаны непрочно. Поэтому твердость графита меньше по сравнению с бриллиантом.

Кристаллическая решетка графита

Взаимосвязь атомного строения и физики минерала

Рассмотрим, как внешне проявляется геометрия атомов. Различие свойств алмаза и графита напрямую связано с типом строения кристаллической решетки. Кристаллическая решетка алмаза имеет звенья из 4 хорошо соединенных атомов углерода. Они образовали сверхпрочные ковалентные сигма-связи. Оптические свойства межатомных соединений поглощают свет, делая кристалл прозрачным. А крепкая фиксация отрицательно заряженных элементарных частиц в однородных по силе связях придает ему твердость и свойства диэлектрика.

Образованные ковалентные пи-соединения гексагональной кристаллической решетки графита скрепляют атомы углерода в слои. При такой связи несколько электронов остаются свободными, поэтому пласты скреплены между собой незначительно. Движение нелокализованных элементарных частиц со знаком минус придает графиту электропроводность. У них отсутствует световая проводимость, что лишает вещество прозрачности, поэтому у графита цвет черный.

Аллотропные модификации углерода

Аллотропия – это способность химических элементов существовать в двух и более физических формах (аллотропах). Самой широкой из всех открытых является аллотропия углерода.

Если вы перечислите основные углеродные аллотропные видоизменения, то это будут:

  • алмаз;
  • графит;
  • карбин;
  • фуллерен.

Из указанных выше два аллотропа углерода синтезированы. Карбин и фуллерен – полученные искусственно аллотропные видоизменения углерода. Карбин – порошок из мелких кристалликов черного цвета. После открытия в лаборатории было найдено и природное вещество. Фуллерен – синтезированный в конце прошлого века в США желтый кристалл около 5 мм в диаметре.

Карбин – порошок из мелких кристалликов

Аллотропические формы углерода могут трансформироваться. Сам по себе переход алмаза в другое состояние не произойдет. Но при нагревании кристалла в безвоздушном пространстве до 1800 градусов он превратится в графит.

Известны методы, позволяющие осуществить и обратные превращения.

Как получить драгоценный камень из графита

Получить алмаз можно из графита. При давлении выше 1000 Па и температуре 3000 градусов с добавлением металлов углерод в графите меняет ковалентные связи. Полученные в результате камни мутные и пористые.

Другой метод – это применение ударной волны, после которой можно любоваться чистыми, прозрачными кристаллами правильной геометрической формы, но очень маленького размера.

Слишком маленького размера

Несовершенство этих методов привело к выводу, что алмазы лучше всего выращивать. При нагреве бриллианта до 1,5 тысячи градусов он растет. Но это дорого, поэтому сегодня искусственные драгоценности получают из метана.

Физические и химические свойства

Алмаз не обладает электропроводностью, но тепло проводит. Хорошо преломляет и отражает свет. Прозрачен, имеет блеск. Плавится при 3700-4000 градусов. Лавуазье впервые сжег диамант в 18 веке.

Позже ученые выяснили, что в соединении с кислородом алмаз горит при 721-800 градусах, испаряясь углекислым газом. Без воздуха может перейти в графит при нагреве до 2001-3000 градусов. Химические свойства говорят об устойчивости к воздействию кислот.

Хорошо преломляет и отражает свет

Графит электро-и-теплопроводный, нерастворим кислотами и водой, теплостойкий. Температура плавления 2500 – 3000 градусов. Не горит до 250-300 градусов, но при сжигании с температурой выше 300 и до 1000 превращается в углекислый газ.

Сравнительная характеристика

Сравним строение алмаза и графита и их физические свойства: твердость, теплопроводность, электропроводность, особенности химической связи.

О характеристиках минералов расскажет подробная сравнительная таблица:

Сравнительная таблица характеристик алмаза и графита

Применение в промышленности

Ювелиры ограняют состоящий из углерода алмаз, и он получает блеск бриллианта. Об этом читайте в статье «Что такое бриллиант и для чего он нужен».

В промышленности используют камни, которые имеют трещины, сколы, иные дефекты. Из них делают подшипники, сверла. Необработанные острые кристаллы применяют в электронике в качестве игл, в микросхемах, счетчиках прослойки из алмазов. Из алмазного порошка производят детали различных механизмов, обрамляют шлифовочные круги. Подробнее об этом – в статье «Области применения технических алмазов».

Алмазные подшипники

Алмаз имеет меньше ценности в промышленности, чем графит. Черный мягкий минерал встречается и в канцелярском карандаше, и в числе компонентов литейного производства, и в электроугольной промышленности. Электропроводные свойства графита используют для изготовления электродов.

Напишите, пожалуйста, в комментариях, о каких свойствах алмаза и графита вы узнали впервые.

Если статья вам понравилась, ставьте лайки и делитесь ссылкой на нее с друзьями в соцсетях.

Алмазные подшипники Загрузка…
Кристаллические решетки, подготовка к ЕГЭ по химии

Кристаллической решеткой называют пространственное расположение атомов или ионов в кристалле. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

Кристаллические решетки подразделяют на молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Кристаллические решетки

Очень важно не перепутать вид химической связи и кристаллической решетки. Помните, что кристаллические решетки отражают пространственное расположение атомов.

Молекулярная кристаллическая решетка

В узлах молекулярной решетки расположены молекулы. При обычных условиях молекулярную решетку имеют большинство газов и жидкостей. Связи чаще всего ковалентные полярные или неполярные.

Классическим примером вещества с молекулярной решеткой является вода, так что ассоциируйте свойства этих веществ с водой. Вещества с молекулярной решеткой непрочные, имеют небольшую твердость, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, для них характерны небольшие температуры кипения.

Примеры: NH3, H2O, Cl2, CO2, N2, Br2, H2, I2. Особо хочется отметить красный и белый фосфор, ромбическую, пластическую и моноклинную серу, фуллерен. Эти аллотропные модификации мы подробно изучили в статье, посвященной классификации веществ.

Молекулярная решетка
Ионная кристаллическая решетка

В узлах ионной решетки находятся атомы, связанные ионной связью. Этот тип решетки характерен для веществ, обладающих ионной связь: соли, оксиды и гидроксиды металлов.

Ассоциируйте этот ряд веществ с поваренной солью — NaCl. Веществе с ионной решеткой имеют высокие температуры плавления и кипения, легко растворимы в воде, хрупкие, твердые, их растворы и расплавы проводят электрический ток.

Примеры: NaCl, MgCl2, NH4Br, KNO3, Li2O, Na3PO4.

Ионная решетка
Металлическая кристаллическая решетка

В узлах металлической решетки находятся атомы металла. Этот тип решетки характерен для веществ, образованных металлической связью.

Ассоциируйте свойства этих веществ с медью. Они обладают характерным металлическим блеском, ковкие и пластичные, хорошо проводят электрический ток и тепло, имеют высокие температуры плавления и кипения.

Примеры: Cu, Fe, Zn, Al, Cr, Mn.

Металлическая решетка
Атомная кристаллическая решетка

В узлах атомной решетки находятся атомы, связанные ковалентной полярной или неполярной связью.

Ассоциируйте эти вещества с песком. Они очень твердые, очень тугоплавкие (высокая температура плавления), нелетучие, прочные, нерастворимы в воде.

Примеры: SiO2, B, Ge, SiC, Al2O3. Особенно хочется выделить: алмаз и графит (C), черный фосфор (P).

Атомная решетка

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Алмазная Структура | Физика в двух словах

В этой статье мы рассмотрим кристаллическую структуру, которая образована многими элементами 4-й основной группы периодической таблицы. [1] [2] Помимо углерода это германий и кремний, которые очень важны для физики полупроводников. Помните, что общей чертой этих элементов является электронная конфигурация внешней оболочки:

В принципе можно ожидать, что эти атомы имеют заполненную орбиталь и две полузаполненные орбитали.Однако возможно, что эти орбитали сливаются и образуют четыре новых эквивалентных так называемых sp3-гибридных орбитали, все из которых наполовину заполнены. Эта перегруппировка вначале влечет за собой некоторые энергетические затраты, но впоследствии атомы могут образовывать четыре очень сильные ковалентные связи, которые значительно компенсируют эти затраты.

Следовательно, очевидно, что такие атомы пытаются сформировать трехмерную структуру, в которой каждый атом имеет четырех равномерно распределенных ближайших соседей в качестве партнеров по связыванию. [3]

Тетраэдрическая структура алмаза: каждый атом образует связи с четырьмя ближайшими соседями (заключенные углы равны 109.47 °). Там нет запасных облигаций.

условных элементарных ячеек

Как можно классифицировать эту структуру в нашей предыдущей классификации (14 решеток Браве)? Структура сама по себе не является решеткой Браве, поскольку существует два типа точек решетки с различными средами. Но когда мы выбираем правильную перспективу, мы видим, что базовая структура на самом деле является ГЦК-структурой с двухатомным основанием. Таким образом, к каждой точке ГЦК-решетки присоединены два атома: один находится непосредственно в точке решетки, а другой смещен на вектор $ {\ left (\ frac {1} {4}, \ frac {1} {4 }, \ frac {1} {4} \ right)} $.Таким образом, число атомов на одну обычную элементарную ячейку удваивается с 4 до 8. [4] [5] [6]

Обычная элементарная ячейка алмазной структуры: базовой структурой является ГЦК с двухатомным основа. Один из двух атомов находится в точке решетки, а другой смещен на $ \ frac {1} {4} $ вдоль каждой оси. Это формирует тетраэдрическую структуру, где каждый атом окружен четырьмя равноотстоящими соседями.

Плотность упаковки

Чтобы рассчитать плотность упаковки кристаллической структуры, мы думаем об атомах как о надутых сферах (объемом $ V_ \ text {sph} $), которые просто касаются друг друга, т.е.е. они не могут быть увеличены дальше без наложения. Плотность упаковки $ \ varrho $ определяется как отношение объема, заполненного сферами, к общему объему.

Самый простой способ вычислить $ \ varrho $ — это рассмотреть обычную элементарную ячейку: на элементарную ячейку приходится $ n = 4 $ точек решетки с $ N = 2 $ атомами, расположенными в каждой такой точке решетки. Соседние атомы смещены на вектор длиной $ d = \ sqrt {3} \ cdot \ frac {a} {4} $. Таким образом, атомам присваивается радиус $ r = \ frac {d} {2} $.3 $ — объем элементарной ячейки.

Это значение действительно мало по сравнению с плотно упакованными структурами (74%). Но даже несмотря на то, что не так много соседей, с которыми можно связываться, структура алмаза очень устойчива, потому что несколько существующих связей чрезвычайно прочны. [7] [8]

Координационное число

Атомы в структуре алмаза имеют $ c_1 = 4 $ ближайших соседей (координационное число) на расстоянии $ d_ {c_1} = 2r = \ frac {\ sqrt {3}} {4} a $, как обсуждалось выше, и $ c_2 = 12 $ ближайших ближайших соседей по соседним граням куба с расстоянием $ d_ {c_2} = \ frac {1} {\ sqrt {2} } $. [9] [10] ,
Определение кристаллической решетки — Химический словарь

Что такое решетка?

Решетка — это упорядоченный массив точек, описывающий расположение частиц, которые образуют кристалл.

Элементарная ячейка кристалла определяется точками решетки. Элементарная ячейка — это самая маленькая часть кристалла, которая регулярно повторяется посредством перевода в трех измерениях и создает целый кристалл.

Например, изображение, показанное здесь, является элементарной ячейкой примитивной кубической структуры.

В нарисованной структуре все частицы (желтые) одинаковы. В этом частном случае точки решетки, определяющие элементарную ячейку, совпадают с центрами частиц кристалла. Это не всегда должно быть так.

Ионная решетка

Если кристалл сформирован из ионов, соединение может быть описано как ионная решетка.

Хорошо известными примерами ионных решеток являются хлорид натрия, перманганат калия, бура (борат натрия) и сульфат меди (II).

Кристаллы перманганата калия. Изображение Бен Миллс.

Элементарная ячейка перманганата калия. Изображение Бен Миллс.

Ковалентная Решетка

Если кристалл состоит из ковалентно связанных атомов, он может быть описан как ковалентная решетка или бесконечная ковалентная решетка.

Хорошо известными примерами ковалентных решеток являются алмаз, кварц (диоксид кремния), кремний и серое олово.

Кристаллический кремний. Изображение Энрикороса.

Небольшой участок кристаллической структуры кремния.

Константы решетки

Константы решетки (или параметры решетки) — это длины и углы между краями элементарной ячейки.

На этой решетчатой ​​диаграмме в виде параллелепипеда постоянными решетки являются a, b и c (длины) и α, β и γ (углы).

решетчатые конструкции

Bravais решетки. На основе изображения Napy1 Кеноби.

Кристаллические материалы вписываются в один из четырнадцати признанных решетчатых устройств.Они известны как решетки Браве .

Названия систем кристаллической решетки, соответствующие номерам на диаграммах, следующие:

1. Примитивная кубика
2. Тело с центрированием куба
3. Лицо с центрированием кубики
4. Примитив тетрагональности
5. Телоцентрирование тетрагонального
6. Примитивная орторомбика
7. Основание с центрированием орторомбика
8. Телоцентризация орторомбика
9. Грань с центрированием Орторомбическая
10. Примитивная моноклинная
11.Моноклинная база по центру
12. Триклинная
13. Ромбоэдрическая
14. Шестиугольная

дефекты решетки

Если предположить, что кристалл основан на математически совершенной ионной решетке, его расчетная прочность на разрыв будет намного больше, чем фактически наблюдается.

Реальные кристаллы имеют дефекты решетки, которые являются источниками слабости. Ионы, отсутствующие в ожидаемых местах, и ионы, занимающие необычные координационные центры, являются примерами дефектов решетки.

Также могут быть полезны дефекты решетки, например, улучшающие проводимость некоторых полупроводниковых материалов.


,
Кристаллическая решетка | Статья о кристаллической решетке от Free Dictionary

— типичное упорядоченное расположение атомов, ионов или молекул кристаллических веществ, характеризующееся периодическим повторением в трех измерениях.

В свете этой периодичности достаточно, чтобы описать кристаллическую решетку, чтобы знать расположение атомов в элементарной ячейке, которая, повторяясь в параллельных дискретных переводах, образует всю кристаллическую структуру. В соответствии с симметрией кристалла элементарная ячейка имеет форму косоугольного или прямоугольного параллелепипеда, квадратной или шестиугольной призмы или куба.Размеры ребер a, b и c элементарной ячейки называются периодами идентичности.

Космическая решетка — это математическая диаграмма кристаллической решетки, в которой остаются только геометрические параметры трансляций, без указания конкретного местоположения атомов в данной структуре. Система трансляций, характерная для данной кристаллической решетки, представлена ​​в пространственной решетке системой точек. Существует 14 типов пространственно-трансляционных решеток, называемых решетками Браве.Кристаллическая решетка может также иметь дополнительные элементы симметрии, такие как оси, плоскости и центры симметрии. Всего существует 230 пространственных групп симметрии. Подгруппа, определяющая кристаллическую решетку, должна быть соответствующей группой трансляции.

Анизотропия свойств кристалла, а также плоскостность граней кристалла, фиксированные углы и другие регулярные геометрические соотношения кристаллографии объясняются существованием кристаллической решетки. Геометрическое измерение кристалла дает значения для углов элементарной ячейки и, на основании закона рациональных индексов, отношения периодов идентичности.Размеры ячеек и расположение в них атомов или молекул, составляющих данную структуру, определяются рентгеноструктурным, нейтронографическим и электронографическим анализом.

Каждая элементарная ячейка кристаллической решетки может содержать от одного (для химических элементов) до десятков, сотен (для химических соединений), тысяч или миллионов атомов (для белков и вирусов). Соответственно, размер периодов идентичности может составлять от нескольких ангстрем до сотен и тысяч ангстрем.Любой атом в данной ячейке соответствует трансляционно-эквивалентному атому в любой другой ячейке того же кристалла.

В физике твердого тела понятие подрешеток данной кристаллической решетки иногда вводится для описания случаев, когда число атомов данного типа в элементарной ячейке невелико и в которых эти атомы отличаются дополнительными свойствами ( например, конкретная ориентация магнитного момента).

Кристаллическая решетка существует потому, что равновесие между силами притяжения и отталкивания, которое обеспечивает минимальную потенциальную энергию для всей системы, достигается трехмерной периодичностью.В простейших случаях это можно интерпретировать геометрически как результат максимально плотной упаковки атомов и молекул в кристалле.

Концепция атомарности и неоднородности кристаллической решетки не совсем точна. На самом деле электронные облака атомов, которые связаны в кристаллической решетке, перекрываются; поэтому кристаллическая решетка может рассматриваться как непрерывное периодическое распределение отрицательного заряда с максимумами вокруг дискретных ядер.

Кристаллическая решетка не является статическим образованием.Атомы или молекулы, образующие кристаллическую решетку, колеблются относительно положений равновесия; природа этих колебаний (динамика кристаллической решетки) зависит от симметрии, координации атомов и энергий связи. Известны случаи вращения молекул в кристаллических решетках. С повышением температуры вибрация частиц усиливается, что приводит к разрушению кристаллической решетки и переходу в жидкое состояние.

Реальная структура кристалла всегда отличается от идеальной модели, описываемой концепцией кристаллической решетки.В дополнение к постоянным тепловым колебаниям атомов трансляционно эквивалентные атомы могут фактически отличаться атомным номером (изоморфизм) или массой ядра (изотопный изоморфизм). Кроме того, в реальных кристаллах всегда присутствуют дефекты, такие как вакансии, дислокации и примесные атомы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Шубников А.В., Флинт Э. и Бокий Г.Б. Основы кристаллографии . Москва-Ленинград, 1940.
Делоне, Б. Н., А. Александров. Математические основы структурного анализа кристаллов .Ленинград-Москва, 1934.
Белов Н.В. Структура ионных кристаллов и металлических фаз . М., 1947.

Б.К. В АИНШТЕЙН и А.А.Г УСЕВ

.

кристаллическая решетка | Пример предложения

кристаллической решетки еще нет в кембриджском словаре. Ты можешь помочь!

Заместительная диффузия решетки часто зависит от наличия точечных вакансий по всей решетке , , , .От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. Он состоит из кремния, в котором кристаллическая решетка всего твердого тела является непрерывной, непрерывной (без границ зерен) до его краев.От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. На цвет алмаза могут влиять химические примеси и / или структурные дефекты в кристаллической решетке .От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. Этот переход является необратимым и реконструктивным, что означает, что связи в кристалле , решетке — , разорваны и расположены заново.От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. Высокая плотность большинства металлов обусловлена ​​плотно упакованной кристаллической решеткой металлической структуры .От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. Прямое измерение поведения растворителя в решетке очень сложно.Однако необходимо соблюдать осторожность, поскольку кристаллическая решетка может непосредственно влиять на то, какие конформации можно наблюдать и какой диапазон движений возможен. Как правило, кристалл решетки силы гораздо слабее, чем макромолекулярные энергии сворачивания. С точки зрения решетки кристалла , кристалла , глины имеют следующую структуру.Это изменит энергии связи соседних атомов и их связь с кристаллом , решеткой и решеткой . Другими словами, кристаллическая решетка комплекса фермент-продукт была усилена путем случайного включения нереакционноспособных подкреплений фермент-субстратный комплекс. Для перемещения дислокации через кристаллическую решетку , решетку , решетку необходимо приложить внешнее напряжение сдвига.Нас в первую очередь интересует, как внешние напряжения, упругое несоответствие, ориентации решетки , решетка , и структурные дефекты, такие как дислокации, влияют на скорость границ зерен. Альтернативно, изменения в содержании и люминесценции микроэлементов могут быть просто случайными, и важную роль могут играть дефекты кристаллической решетки , связанные со скоростью роста.В этой ситуации может показаться, что медленное охлаждение было бы предпочтительным, позволяя осуществлять перенос растворителя в течение периода времени, который не повредил бы решетку кристалла . Проблема коммуникации существует через кристалла общества решетки в этой стране. Например, делокализованные электроны могут быть перемещены в одну и ту же плоскость за счет приложенных деформаций в решетке кристалла .От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. Некоторые считают, что это вызвано незначительными примесями или аберрациями в кристалле , решетке , решетке , , в то время как другие предполагают, что необходимы другие объяснения.От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA. В течение нескольких лет он поднялся до ведущей роли в области кристалла решетки дислокаций и пластичности.От

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.

Эти примеры взяты из Кембриджского английского корпуса и из источников в Интернете.Любые мнения в примерах не соответствуют мнению редакторов Cambridge Dictionary или издательства Cambridge University Press или его лицензиаров.

кристаллическая решетка еще не в кембриджском словаре. Ты можешь помочь!

{{#сообщение}}

{{message}}

{{/сообщение}} {{^ Сообщение}}

Пожалуйста, выберите часть речи и введите предложение в поле «Определение».

{{/сообщение}} Часть речи

Выберите существительное, глагол и т. Д. имя прилагательное наречие восклицание существительное число префикс суффикс глагол

Определение

Отправить Отмена

,

Related Posts

Leave A Comment